隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法及pet圖像的散射校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法及PET圖像的散射校正方法。隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法包括：基于對特定部位CT掃描獲得的衰減圖，在重建區(qū)域中隨機(jī)均勻增加第一組散射點(diǎn)，第一組散射點(diǎn)的權(quán)重分布正比于衰減圖；當(dāng)基于對同一部位PET掃描獲得的發(fā)射圖中存在集中發(fā)射區(qū)時，在集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)增加第二組散射點(diǎn)，同時剔除集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)的第一組散射點(diǎn)；調(diào)整第二組散射點(diǎn)的權(quán)重，使第二組散射點(diǎn)的權(quán)重之和等于被剔除的第一組散射點(diǎn)的權(quán)重之和；合并第一組散射點(diǎn)與第二組散射點(diǎn)，形成隨機(jī)散射點(diǎn)。所述PET圖像的散射校正方法利用上述方法產(chǎn)生的隨機(jī)散射點(diǎn)結(jié)合發(fā)射圖，進(jìn)行散射校正，獲得散射弦圖。本發(fā)明能更正確地實現(xiàn)PET圖像的散射校正。
【專利說明】隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法及PET圖像的散射校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法及PET圖像的散射校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(Positron Emission Tomography,PET)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測。其臨床顯像原理為:將發(fā)射正電子的放射性核素(如F — 18等)標(biāo)記到能夠參與人體組織血流或代謝過程的化合物上，將標(biāo)有帶正電子化合物的放射性核素注射到受檢者體內(nèi)，讓受檢者在PET的有效視野范圍內(nèi)進(jìn)行PET顯像。放射性核素發(fā)射出的正電子在體內(nèi)移動大約Imm后與組織中的負(fù)電子結(jié)合發(fā)生湮滅輻射，產(chǎn)生兩個能量相等(511KeV)、方向相反的Y光子。由于兩個光子在體內(nèi)的路徑不同，到達(dá)兩個探測器的時間也有一定差別，如果在規(guī)定的時間窗內(nèi)(一般為O — 15us)，探頭系統(tǒng)探測到兩個互成180度(士 0.25度)的光子時，即為一個符合事件，探測器便分別送出一個時間脈沖，脈沖處理器將脈沖變?yōu)榉讲?，符合電路對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分類后，送人工作站進(jìn)行圖像重建，便得到人體各部位橫斷面、冠狀斷面和矢狀斷面的影像。
[0003]PET在成像過程中由于受康普頓效應(yīng)、散射、偶然符合事件、死時間等衰減因素的影響，采集的數(shù)據(jù)與實際情況并不一致，圖像質(zhì)量失真，必須采用有效措施進(jìn)行校正，才能得到更真實的醫(yī)學(xué)影像。
[0004]電子計算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)(Electronic Computer X-rayTomographyTechnique, CT)的基本原理是根據(jù)人體各種組織(包括正常和異常組織)對X射線吸收不等這一特性，將X射線穿過人體某一選定層面，探測器接收到沿X射線束方向排列的人體各組織吸收X射線后衰減值的總和，并進(jìn)行圖像重建，得到該層面不同密度組織的黑白圖像。因此，從CT掃描得到的衰減信息圖中可反映電子密度分布情況，進(jìn)而反映出PET成像過程中的散射事件。所以，通常使用CT圖像對PET進(jìn)行散射校正，能使PET圖像的清晰度大為提高。校正后的PET圖像與CT圖像進(jìn)行融合，經(jīng)信息互補(bǔ)后得到更多的解剖結(jié)構(gòu)和生理功能關(guān)系的信息，對于腫瘤病人手術(shù)和放射治療定位具有極其重要的臨床意義。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，基于蒙特卡洛單散射模擬過程的散射校正的基本原理是利用從CT掃描得到的衰減信息圖(Attenuation Map,又叫μ-map),以及PET掃描所得到的初始的未做散射矯正的發(fā)射圖(Emission Map,又叫Image)進(jìn)行蒙特卡洛模擬,計算出散射弦圖。然后將散射弦圖加入重建過程中，重新得到一副新的發(fā)射圖，再計算新的散射弦圖的迭代過程。
[0006]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù) 中的散射校正的流程圖。如圖1所示，首先對CT掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，得到衰減圖。根據(jù)衰減圖中的電子密度分布，將散射點(diǎn)隨機(jī)均勻地分布于重建區(qū)域之中，并且將考慮散射點(diǎn)所處位置的μ值(即電子密度值)進(jìn)行剔除、保留及加權(quán)(圖未示)。同時，對同一部位pet掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，得到發(fā)射圖。利用上述獲得的發(fā)射圖和散射點(diǎn)，進(jìn)行散射校正(比如:使用蒙特卡洛模擬算法)，獲得散射弦圖。然后，將該散射弦圖疊加到發(fā)射圖的重建過程中，獲得一幅新的發(fā)射圖，再計算新的散射弦圖。重復(fù):T4次迭代過程，所得的散射弦圖將快速收斂，最后輸出清晰正確的散射弦圖。從圖1中可知，現(xiàn)有技術(shù)中在蒙特卡洛模擬產(chǎn)生散射弦圖的過程中，只依賴衰減圖的信息來產(chǎn)生散射點(diǎn)，是一個比較粗糙的辦法。若期望增加圖形的清晰度和正確性，只能通過增加散射點(diǎn)的個數(shù)來改進(jìn)算法的準(zhǔn)確程度。
[0007]然而在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題:這種傳統(tǒng)算法在存在線源或點(diǎn)源等非常尖銳的發(fā)射源的情況下(即發(fā)射圖中存在非常亮的點(diǎn))，成像效果很差，即使通過增加散射點(diǎn)的個數(shù)，也無法得到正確的散射弦圖。圖2所示的是一個2毫米直徑的線源的真實散射弦圖(經(jīng)GATE軟件模擬產(chǎn)生)。圖3所示的是使用上述現(xiàn)有技術(shù)，在使用了 1114個散射點(diǎn)對上述2毫米直徑的線源進(jìn)行散射校正后得到散射弦圖。圖4所示的是使用上述現(xiàn)有技術(shù)，在使用了 36659個散射點(diǎn)對上述2毫米直徑的線源進(jìn)行散射校正后得到散射弦圖。經(jīng)過圖3和圖4的對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，圖4使用了遠(yuǎn)多于圖3數(shù)量的散射點(diǎn)，可所得到的散射弦圖并未更清晰正確。因此，在存在集中發(fā)射區(qū)的情況下，單純通過增加散射點(diǎn)，并無法得到正確的散射弦圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的 技術(shù)問題是如何更正確地實現(xiàn)PET圖像的散射校正。
[0009]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，包括:
[0010]基于對特定部位CT掃描獲得的衰減圖，在重建區(qū)域中隨機(jī)均勻地增加第一組散射點(diǎn)，所述第一組散射點(diǎn)的權(quán)重分布正比于所述衰減圖；
[0011]當(dāng)基于對同一部位PET掃描獲得的發(fā)射圖中存在集中發(fā)射區(qū)時，在所述集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)增加第二組散射點(diǎn)，同時剔除所述集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)的第一組散射點(diǎn)；調(diào)整所述第二組散射點(diǎn)的權(quán)重，使所述第二組散射點(diǎn)的權(quán)重之和等于被剔除的集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)的第一組散射點(diǎn)的權(quán)重之和；合并第一組散射點(diǎn)與第二組散射點(diǎn)，形成所述隨機(jī)散射點(diǎn)。
[0012]在一個實施例中，所述散射點(diǎn)的權(quán)重為散射點(diǎn)處的電子密度；
[0013]所述散射點(diǎn)處的電子密度由以下公式計算得到:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，包括: 基于對特定部位CT掃描獲得的衰減圖，在重建區(qū)域中隨機(jī)均勻地增加第一組散射點(diǎn)，所述第一組散射點(diǎn)的權(quán)重分布正比于所述衰減圖； 當(dāng)基于對同一部位PET掃描獲得的發(fā)射圖中存在集中發(fā)射區(qū)時，在所述集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)增加第二組散射點(diǎn)，同時剔除所述集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)的第一組散射點(diǎn)；調(diào)整所述第二組散射點(diǎn)的權(quán)重，使所述第二組散射點(diǎn)的權(quán)重之和等于被剔除的集中發(fā)射區(qū)及其周圍區(qū)域內(nèi)的第一組散射點(diǎn)的權(quán)重之和；合并第一組散射點(diǎn)與第二組散射點(diǎn)，形成所述隨機(jī)散射點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述散射點(diǎn)的權(quán)重為散射點(diǎn)處的電子密度； 所述散射點(diǎn)處的電子密度由以下公式計算得到:wi=μi/σc其中％為第i個散射點(diǎn)處的電子密度，Ui為第i個散射點(diǎn)處的衰減系數(shù)，為電子對51 IkeV的伽瑪光子的康普頓散射總截面。
3.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述在重建區(qū)域中隨機(jī)均勻地增加的第一組散射點(diǎn)是通過在重建區(qū)域中隨機(jī)均勻地增加散射點(diǎn)，接著在所增加的散射點(diǎn)中剔除電子密度過小的散射點(diǎn)后獲得的。
4.如權(quán)利要求3所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述電子密度過小的散射點(diǎn)為電子密度小于人體正常組織的電子密度一到兩個數(shù)量級的散射點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述電子密度過小的散射點(diǎn)為其所對應(yīng)位置的衰減值小于0.01每厘米的散射點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述集中發(fā)射區(qū)為所述發(fā)射圖中的高亮點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述集中發(fā)射區(qū)的周圍區(qū)域為以所述集中發(fā)射區(qū)為中心，以所述集中發(fā)射區(qū)的直徑為半高全寬的正態(tài)分布的六個西格瑪所覆蓋的范圍；增加的第二組散射點(diǎn)符合正態(tài)分布。
8.如權(quán)利要求6所述的隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法，其特征在于，所述第二組散射點(diǎn)是以所述集中發(fā)射區(qū)為中心，以所述集中發(fā)射區(qū)的直徑的I到2倍為直徑的區(qū)域內(nèi)隨機(jī)均勻生成的。
9.一種PET圖像的散射校正方法，其特征在于，包括: 使用如權(quán)利要求1至8所述的任一種隨機(jī)散射點(diǎn)形成方法形成隨機(jī)散射點(diǎn)； 對PET掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，獲得未作散射校正的發(fā)射圖； 利用所述隨機(jī)散射點(diǎn)及所述未作散射校正的發(fā)射圖，進(jìn)行散射校正算法，獲得散射弦圖； 基于所述散射弦圖，對所述PET掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，獲得經(jīng)過散射校正的發(fā)射圖； 利用所述隨機(jī)散射點(diǎn)及所述經(jīng)過散射校正的發(fā)射圖，進(jìn)行散射校正算法，獲得新的散射弦圖； 重復(fù)上述獲得經(jīng)過散射校正的發(fā)射圖及上述散射校正算法的迭代過程，直至獲得清晰的散射弦圖。
10.如權(quán)利要求9所述的PET圖像的散射校正方法，其特征在于，所述散射校正算法為蒙特卡洛模 擬算法或偽蒙卡算法。
【文檔編號】A61B6/00GK103800019SQ201210442921
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】徐天藝, 董筠 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司